数显精密外径比较仪校准系统设计与实现

数显精密外径比较仪校准系统设计与实现

周胜玉 孙娜 夏俊蕾

（国营川西机器厂，四川彭州， 611930）

摘要：数显精密外径比较仪的校准过程需人工返查所用量块的修正量，需手动记录校准数据至纸质原始记录、需根据校准规范人工进行数据处理和符合性判定。整个校准过程效率低下、检定员的工作强度高，且易产生难以察觉的人为误差。针对以上问题，本文采用LabVIEW进行数显精密外径比较仪校准系统设计，实现了根据被检件的规格自动匹配校准点；实现了根据量块的周期检定结果实时进行标准信息和量块修正量的更新；实现了校准数据自动采集、自动计算、符合性判定及原始记录打印。校准系统投入使用后，校准过程由原来的2人操作减少为1人操作，校准时间由原来的45分钟缩短为22分钟，校准效率提高了51%。。

关键词：数字化校准、精密外径比较仪、LabVIEW

Design and Implementation of Calibration System for Digital Precision Outer Diameter Comparator

ZHOU Shengyu，SUN Na，XIA Junlei

（State-run Chuanxi Machine Factory，Sichuan Pengzhou 611930）

Abstract: During the calibration of the digital precision outer diameter comparator, the inspector is required to manually check the correction value of the block used; manually record calibration data to the original paper record; manually process data and determine compliance according to calibration specifications. The efficiency is low, the inspector's work intensity is high, and it is prone to undetectable man-made errors. In view of the above problems, this paper uses LabVIEW to design a digital precision outer diameter comparator calibration system. It realizes automatically matching calibration points according to the specifications of the tested comparator; realizes the real-time update of standard information and the correction value according to the cycle check results of the block; and realizes automatically collect and calculate calibration data, automatically determine compliance and generate original record. After the calibration system is put into use, the calibration process is reduced from the original 2-person operation to 1 person operation, the calibration time is reduced from 45 minutes to 22 minutes, and the calibration efficiency is improved by 51%.

Key words: digital calibration, precision outer diameter comparator, LabVIEW

0 引言

数显精密外径比较仪是新型的、高精度测量外径的计量器具，“高精度”也对其溯源提出了更高要求。数显精密外径比较仪的校准过程中，其显示装置为万分位，末尾数字极易受周围环境的影响产生变动，人眼读数容疲劳，导致精准读数难度大，因此校准过程需2名检定员，1人校准1人记录数据；且检定员需手写被检对象和标准器等相关信息18个，需手动记录测量数据31个，需人工计算数据11个。同时校准过程的读数单位是毫米，而量块修正量的单位是微米，数据计算时极易出错。整个校准过程费时费力，效率低，存在极大的人为误差隐患，而且人为误差引起的计算错误不易被发现，致使量值传递过程中存在潜在的质量风险。针对这个问题，本文提出采用LabVIEW设计数显高精度外径比较仪校准系统，优化校准过程，减小人为误差，降低检定员劳动强度，提高校准效率。

1 系统总体结构设计

整个校准系统由硬件和软件两部分组成，主要工作流程是选择被检精密外径比较仪规格后系统自动给出校准点、各校准点所用量块及其修正量；系统实时显示被检数显精密外径比较仪的数值并将采集数据传输至计算机，上位机程序对采集数据进行计算、分析和处理；可根据需要对校准记录进行保存和打印；同时，系统还可根据标准器周检结果实时更新量块修正量和标准器信息。系统方案流程见图1。

图1 系统方案流程图

2 系统硬件组成

系统硬件主要由无线接收装置、数据传输线、计算机、脚踏开关和打印机组成。

无线接收装置和数据传输线用于数据采集。校准时可根据精密外径比较仪显示装置的数据传输方式选择，当显示装置为无线传输时，使用无线接收装置进行数据采集；当显示装置为有线传输时，则使用数据传输线。

计算机上安装数显精密外径比较仪校准系统，脚踏开关用于触发采集。打印机用于打印原始记录。

3 系统软件功能

校 准系统的主要功能是根据数显精密外径比较仪规格实时给出校准点、实时显示数显精密外径比较仪的实际值并进行校准数据的触发采集，校准数据传输到计算机后根据受控校准规范对其进行计算分析处理，最后根据检定员需求打印或保存原始记录。必要时，系统可根据量块的周检情况实时更新量块修正量和标准信息。软件程序流程图及系统主界面分别如图2(a)、图2(b)所示。

图2(a) 程序流程图

图2(b) 系统主界面图

3.1 数据采集

本系统的重要环节是数显外径比较仪数据的实时采集，数据传输方式由数显外径比较仪显示装置品牌确定，当显示装置为丹青万分表时，其串口传输数据格式为：7位数字位，偶校验，2位停止位，波特率为4800；当显示装置为华量万分表时，其串口传输数据格式为：8位数字位，无奇偶校验，1位停止位，波特率默认为115200。根据以上信息设置好数据传输格式，在上位机对采集到的数据进行字符串移位和截取，并实时显示数显精密外径比较仪的示值，上位机实现数据采集如图3所示。

图3 数据采集及显示程序框图

3.2 校准实施

确定标准信息和量块修正量为最新无误后，选择被检数显精密外径比较仪规格，系统自动给出校准点。完成外观、各部分相互作用、平面度、平行度及数显表误差5个项目的校准后，使用被检数显精密外径比较仪测量对应校准点的量块，脚踏采集数据后系统自动计算示值误差及示值变动量并进行符合性判定，上位机程序见图4。为避免校准过程中某个数据采集错误而导致重新校准，系统设置“撤销”功能，检定员可使用“撤销”功能实现某个校准值的再次采集。

图4 数据采集及撤销程序框图

3.3记录打印及存储

校准完成后，确定校准日期、校准周期及备注信息点击“打印”，系统自动生成原始记录，检定员可根据需要进行打印或保存。校准日期可按需自定义（图5(a)），本文还编写了可根据校准日期及校准周期自动计算有效期的子VI，其程序框图见图5(b)。

图5(a) 校准日期自定义示意图 图5(b) 有效日期自动计算子VI程序框图

4 总结

本文的数显精密外径比较仪校准系统实现了精密外径比较仪的数字化校准，系统界面友好，操作方便，适应性强。经过现场使用和测试比对，得出以下结论：一是，两种方法校准数据及判定结果一致；二是，传统校准方法（2人协同操作）耗时（45分钟）约是数显精密外径比较仪校准系统校准（1人单独操作）耗时（22分钟）的2倍，且使用校准系统实施数显精密外径比较仪的校准过程中，无需人工返查量块规格及其修正量，无需手动记录校准数据，无需人工进行数据处理和判定。由此可见，本校准系统的研发，不仅能准确地开展数显精密外径比较仪的校准，还能降低检定员的劳动强度，减小人为误差，提高校准效率。随着中国制造2025的迅速推进，数显量具替换传统通用量具已成必然趋势，本系统的实现对其它新型数显量具的检定、校准具有借鉴意义。

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